第六章—热力循环.ppt

6 热力循环 ● 工质从某一状态出发，经历一系列过程之后 又回复到初始状态，这些过程的综合即为热 力循环。● 工程上通过特定的热力循环将一种形式的能 量转换成另外一种形式的能量——实现能量 的转换。 ● 热力循环的分类 ◆ 是否可逆 ◆ 循环方向——正循环和逆循环 ◆ 能量转换形式——如逆向循环又分为制冷循环和热泵循环 ◆ 工质种类——蒸汽循环和其它气体循环 ◆ 燃料燃烧方式——内燃式和外燃式 6.1 蒸汽动力循环 蒸汽动力循环是正循环，是以蒸汽为工质，将蒸汽的热能在动力装置中转换为机械功的循环。 这里主要介绍：蒸汽的卡诺循环、朗肯循环、优化的朗肯循环（朗肯循环的改进）、热电联供循环。 6.1.1 蒸汽卡诺循环 ● 在确定温度之间工作的热力循环，以卡诺循环效率最高。 ● 但是以远离液态的气体作工质，定温吸热、定温放热两个过程实际上难以实现。 ● 而且，在p-v图上，气体的等温 线和绝热线斜率相差不大，造成 4个过程线所围面积小，循环完 成的功较小。 ● 以湿蒸汽为工质，可克服气体的缺点 ◆ 湿蒸汽区（气液混合物），工质的定压过程就是等温过程，可进行定温吸热、放热。例如水在锅炉内的汽化和在冷凝器内的冷凝。 ◆ 等温线和绝热线斜率相差较大，获得较多功。 ● 实际生产中并不采用蒸汽卡诺循环 ◆ 卡诺循环的4个过程，前3个过程可近似实现，但绝热压缩（c－5）过程较难实现，因为这一过程中工质为汽液混合物，缺少合适的设备； ◆ 定熵膨胀末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利； ◆ 蒸汽的比体积比水大上千倍，压缩时体积变化大——设备庞大，功耗大； ◆ 蒸汽卡诺循环仅限于湿蒸汽区，上限温度受限于临界温度（374.15℃），因此热效率不高，每循环完成的功也不大。 6.1.2 朗肯循环 6.1.2.1 工作原理 朗肯循环的 p－v 和 T－s 图 ● 朗肯循环与水蒸汽卡诺循环的不同 ◆ 乏汽的凝结是完全的 ◆ 冷凝水以泵送入锅炉，不是用压缩机 ◆ 增加了过热器 ◆ 乏汽干度提高了 6.1.2.2 朗肯循环的热效率 ● 定压吸热过程的吸热量 ● 循环热效率也可用平均温度表示 汽耗率（Steam Rate） 6.1.2.3 蒸汽参数对循环热效率的影响 它取决于： h1：入口蒸汽焓（过热蒸汽） p1，t1 h2：乏汽焓 p2 h3：冷凝水焓 p2 ——朗肯循环热效率取决于 p1，t1，p2 ● 蒸汽压力 p1 ● 蒸汽初始温度 t1 ◆ 在p1，p2不变的前提 下，提高t1，效率提高 ◆ 乏汽干度提高，有利于汽轮机安全 ◆ t1升高，对耐热及强度要求高，受限于过热器材料和汽轮机前几级叶片材料。目前蒸气初温一般在550℃左右。 ● 乏汽压力 p2 ◆ 在p1，t1不变的前提下， 降低p2，效率提高 ◆ p2降低，干度下降 国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表 6.1.2.4 实际循环 ● 朗肯循环是理想的可逆循环 ● 实际蒸汽动力装置中的各个过程均是不可逆过程 ◆ 流体流动存在阻力，非定压 ◆ 工质吸热、放热过程存在温差 ◆ 管道对外散热 ◆ 经过汽轮机膨胀，蒸汽与叶片存在摩擦 ● 实际循环的效率低于理想朗肯循环效率 ● 按理想情况考虑，根据具体不可逆情况修正 ● 汽轮机内有摩擦损耗的情况 汽轮机将功输送给发电机的时候，轴承等处会有摩擦损失，从而存在机械效率。 汽轮机功率计算 在设计计算时，若蒸汽消耗量D，kg/h 例1：某远洋轮采用蒸汽动力装置作为动力，该装置 以朗肯循环运行。若蒸汽初态为p1=6MPa， t1=560℃，冷凝器内蒸汽压力p2=0.006MPa。 （1）求蒸汽在汽轮机出口干度； （2）若不计水泵耗功，求该装置的热效率ηt； （3）若该装置的功率为10MW，求每小时的 耗汽量。 6.1.3 朗肯循环的改进 朗肯循环中有两个定压非定温吸热过程： 4-5 定压下将过冷水加热至沸腾的饱和水； 6-1 定压下将饱和水蒸汽加热至过热状态。 这两个过程都存在较大的传热温差，是造成循环效率低的主要原因。为了提高效率，工程实际中常对朗肯循环进行改进，采用回热循环和再热循环。 6.1.3.1 回热循环 抽汽回热循环的抽汽量和热效率的计算 朗肯循环热效率 为了既考